Niektórzy autorzy uważają, że uczony popełnił samobójstwo.
Badania naukowe Birkeland zorganizował kilka wypraw do regionów Norwegii leżących na dużych szerokościach geograficznych. W regionach występowania zórz polarnych założył sieć obserwatoriów, w których zbierano dane na temat pola magnetycznego. Wyniki badań norweskiej wyprawy, przeprowadzonej w latach 1899-1900 zawierały pierwsze określenie globalnego schematu prądów elektrycznych w rejonie podbiegunowym. Rezultaty osiągnięto dzięki pomiarom ziemskiego pola magnetycznego. Odkrycie promieniowania Roentgena zainspirowało Birkelanda do opracowania komór próżniowych w celu badania wpływu magnesów na promienie katodowe. Birkeland zauważył, że wiązka elektronów skierowana w stronę namagnesowanego modelu Ziemi skręcała w kierunku biegunów magnetycznych i wyzwalała emisję pierścieni świetlnych wokół biegunów magnesu. Naukowiec doszedł do wniosku, że zorza polarna może powstawać w podobny sposób. Opracował teorię, według której energetyczne elektrony miały być wyrzucane z plam na powierzchni Słońca. Następnie miały się one kierować w stronę Ziemi, a tor ich ruchu miał być zakrzywiany w kierunku regionów podbiegunowych przez ziemskie pole magnetyczne.